[发明专利]一种MMC-HVDC控制系统及方法

说明书

本发明提供一种MMC‑HVDC控制系统及方法，涉及电力系统直流输电技术领域。本发明控制系统采用并行架构的现场可编程门阵列(filed programmable gate array,FPGA)芯片组开展MMC运行、控制等复杂计算，在通信方面通过5G信道进行远程通信，快速灵活，便于分散和远程数据采集，同时采用远方云计算平台进行大数据存储、复杂运算和远程监控。本发明设计的区间滑模控制方法与传统PI控制策略相比，在MMC出现参数摄动情况下具有控制精度高、动态响应能力强、稳定性好、参数易于调试、鲁棒性强等优点，适用于各类MMC‑HVDC的实际工程，对于提高柔性直流输电系统在实际生产中的鲁棒性以及控制精度、促进相关产业发展具有重要的应用意义。

技术领域

本发明涉及电力系统直流输电技术领域，特别涉及一种MMC-HVDC控制系统及方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)在波形质量、开关频率、开关损耗、故障处理等方面具有显著的优势，在高压直流输电(high-voltage directcurrent transmission，HVDC)领域获得各国学者的广泛研究和关注。随着国内柔性直流输电技术的不断发展，MMC配套的控制系统及控制方法出现较大的技术需求。目前，MMC控制系统普遍存在设计标准不统一、缺乏系统建模和复杂控制算法的计算能力，且在通信方面采取就地控制为主，通信信道不灵活，不便于分散数据采集和远程数据采集，也缺乏大数据的存储能力和远程监控功能。在MMC控制方法方面，目前的主流方法是基于PI控制算法的矢量控制，虽然在PI控制器对传统MMC稳态工况的跟踪性能较好，但其鲁棒性表现较差，尤其在MMC的模型参数受到随机扰动时，PI控制器易出现大幅度的超调、稳态误差大甚至出现控制系统失稳等问题，无法使MMC-HVDC系统安全稳定运行。

发明内容

针对现有技术的不足，针对MMC常规控制系统和控制方法中通用性差、计算能力受限、通信不灵活、鲁棒性差等问题，提出一种MMC-HVDC控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一方面，一种MMC-HVDC控制系统，包括控制模块、5G通讯模块、云计算模块、执行模块；

所述控制模块包括FPGA控制主板、触摸屏；所述FPGA控制主板包括FPGA核心模块、USB通信模块；所述USB通信模块一端连接FPGA核心模块，另一端连接触摸屏；

所述5G通讯模块包括5G发送模块和5G接收模块；所述5G发送模块和5G接收模块通过5G网络进行信息收发。

所述云计算模块包括云计算平台模块和监控端模块；所述云计算平台模块采用公共云作为计算平台，与FPGA控制主板通过5G通讯模块交换数据，内含应用软件模块和数据库模块；所述应用软件模块具有系统模型辨识、控制器参数优化、系统故障诊断、系统监控功能；所述数据库模块负责系统数据的分散存储和管理；所述监控端模块采用浏览器/服务器，即B/S模式，通过公共互联网与云计算平台交换数据，通过调用云计算平台中应用软件的系统监控功能实现系统的远程监控；

所述执行模块包括模数转换A/D模块、数模转换D/A模块、电流反馈模块、电压反馈模块、MMC电路模块、最近电平调制模块、子模块电容电压调制模块；所述模数转换A/D模块的输出端通过5G通讯模块连接FPGA核心模块，输入端分别连接电压反馈模块和电流反馈模块，所述电压反馈模块和电流反馈模块分别由电压互感器和电流互感器组成，其输入端分别连接所述MMC电路模块的输出端；所述数模转换D/A模块输入端通过5G通讯模块连接FPGA核心模块，输出端连接最近电平调制模块的输入端，所述子模块电容电压调制模块的输入端连接最近电平调制模块的输出端，子模块电容电压调制模块的输出端连接至MMC电路模块的输入端。

另一方面，一种MMC-HVDC控制方法，通过前述一种MMC-HVDC控制系统实现，包括以下步骤：